전기저항용접

[하늘]

전기저항용접

전기저항용접(電氣抵抗熔接; electric resistance welding)은 용접재를 서로 접촉시켜 적당한 압력을 주면서 통전(通電)함으로써 접촉저항 및 금속자체의 비저항에 의하여 발생하는 열로 가열되었을 때 압력을 가하여 접합하는 것이다. 전기저항용접에서는 arc 용접에 비하여 단시간에 많은 전류를 흐르게 하는 것이 필요하나, 용접온도는 arc 용접에서 보다 낮다. 전기저항용접기는 저전압, 대전류가 흐르도록 되어 있고, 가압장치 및 가압제어장치 등이 부설되어 있다.
Q: 발열량(cal), I: 전류(A), R: 전기저항(ohm), t: 시간(sec)라 하면

Q=0.24·I²·R·t

가 된다. 전극간의 전저항(全抵抗)은 다음과 같이 3부분으로 이루어져 있다.

1. 용접물간의 접촉저항(R_c)
2. 용접물의 비저항(R_m)
3. 용접물과 전극간의 접촉저항(R_e)

이 중 R_c는 고온에서 크나 곧 소실되고, 용접물의 저항 R_m은 온도 상승과 더불어 증가하며, R_e는 온도가 상승하면 급격히 감소한다. 일반적으로 전기저항이 크고, 열전도도가 낮으며, 용융점이 낮고, 소성구역의 온도범위가 큰 재료가 전기저항용접이 쉽다. 열전도도가 상대적으로 큰 재료에서는 보다 많은 전류를 단시간에 흐르게 하여야 한다.
전극의 재질은 전기와 열전도도가 크고 고온에서 기계적 내구성이 있어야 하며, 동이 많이 사용된다. 동은 처음 접촉저항에 의하여 R_e가 크나, 온도 상승과 더불어 감소하며 열전도도가 좋아 쉽게 방열되어 전극이 과열되지 않기 때문이다. 이 용접기는 교류전원에 저전압(低電壓, 1 ~ 10V), 강전류(强電流, 100 ~ 100000A)의 전력을 얻는 변압기이다.
전기저항용접은 이음형식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

1. 맞대기 용접(butt welding)
   • upset 맞대기 용접(upset butt welding)
   • flash 맞대기 용접(flash butt welding)
2. 겹치기 용접(lap welding)
   • 점용접(spot welding)
   • seam 용접(seam welding)
   • projection 용접(projection welding)

[1] 맞대기 저항용접

맞대기 저항용접은 금속봉, 선, 판 등의 단면(端面)을 맞대고 접합하는 방법이다. 맞대기 저항용접에는 모재를 압력으로 접촉시키고 대전류를 주어 저항열로 가열되었을 때 다시 가압하여 접합하는 upset 맞대기 용접과 적당한 거리로 벌려 놓은 상태에서 대전류를 주어 flash를 발생시키고 접근시켜 접촉 압력을 점차로 증가시키면 저항열에 의하여 가열되고 용접이 완료되는 flash 맞대기 용접이 있다.

upset 용접상태

(1) upset 맞대기 용접(upset butt welding):

upset 맞대기 저항용접은 그림과 같이 모재의 단면을 접촉시켜 가압하고 통전(通電)하면 접촉저항과 고유저항열에 의하여 압접온도에 달할 때 추가 압력을 가하여 접합하고 전류를 차단하여 용접을 완료하는 용접으로서, 고상압접(固相壓接)에 속하며, 접합온도는 융점 이하이고 가압력을 크게 하면 적용온도를 낮게할 수 있다. 그러나 가압력에도 한계가 있기 때문에 단면이 너무 큰 것의 용접은 곤란하다. 가압력으로는 수압, 유압, 공기압 등을 이용하고, 변압기는 보통 1차권선수(1次捲線數)를 변화시켜 2차전류를 조정한다.
upset 맞대기 용접의 특징은

1. 접합면 사이에 산화물 등의 불순물이 잔류하기 쉽다.
2. 다음에 취급하는 flash 맞대기 용접에 비하여 용접 속도가 늦다.

upset 맞대기 용접기의 원리

(2) flash 맞대기 용접(flash butt welding):

그림과 같이 모재를 서서히 접근시켜 통전하여 단면의 국부적 돌기에 전류가 집중되어 flash(불꽃)가 발생하고 비산한다. 더욱 접근하여 접촉시키면 나머지 부분에서도 flash가 계속 발생되면서 접합된 용융금속이 밖으로 밀려 나오며 미용융부(未熔融部)가 upset 맞대기 용접에서와 같은 방식으로 접합된다.
upset 맞대기 용접에 비교한 이 용접법의 특징은 다음과 같다.

1. 가열 범위가 좁아 열영향부가 적다.
2. 접합면에 산화물이 잔류하지 않는다.
3. 열이 능률적으로 집중 발생하므로 용접 속도가 크고, 소비 전력이 적다.
4. 이질재료(異質材料)의 용접이 가능하다.

flash 맞대기 용접기의 원리

[2] 겹치기 용접

(1) 점용접(spot welding):

그림과 같이 판의 점접합을 행하는 용접으로서, 두 전극간에 2매의 판을 겹쳐서 넣고 가압하면서 통전하여 발생하는 저항열에 의한 융접(融接) 이며, 이 융합부를 nugget이라 한다. 1mm 두께의 연강판에 대하여 가압력 75~225kg, 전류 5600~8800A, 통전시간 0.17~0.6sec 이다. 전극은 통전 역할뿐 아니라 압력을 가하고, 냉각 효과를 주어야 하므로 전기 및 열전도성이 양호하며, 경도가 큰 특수 동합금을 이용한다. 극이 클 때에는 그림(b)와 같이 수냉을 행한다. 용접점 간의 거리인 pitch가 너무 작으면 전류가 흘러 용접이 불량하며, 연강에서는 두께 1mm에 대하여 최소 pitch 18mm 정도이다. 보다 두꺼운 재료에 대해서는 판의 두께에 비례하여 pitch를 크게 한다.
아래의 예는 단극식(單極式)이며, 1회의 조작으로 다수의 점을 용접할 수 있는 다극식(多極式)도 있다.

spot 용접기의 전극 ☜

이동식 spot 용접 gun

이동식 spot 용접 gun ☜

spot-1.ram spot 용접을 한다.

robotspotarcweld.ram robot에 의한 spot welding을 보여준다.

점용접기의 원리

점용접부(nugget)

점용접에서 저탄소강판의 두께에 대한 동력, 가압력, 가압시간

(2) seam 용접(seam welding):

그림과 같이 원판 전극을 사용하여 용접전류를 공급하면서 가압 회전시켜 점용접을 연속적으로 행하면 선용접인 seam 용접이 되며, 액체의 누설(漏泄)를 막고, 기체의 기밀(氣密)을 요하는 용기 및 관 등의 용접에 이용된다. seam 용접에 공급되는 전류의 일부는 이미 용접된 인접 용접부로 흘러 손실되고, 일부는 원판 전극 사이에 흐르므로 대전류를 요한다.
통전법에는 단속통전법(斷續通電法), 연속통전법 또는 맥동통전법(脈動通電法)을 채용하나, 대전류를 연속적으로 공급하면 열량이 과대하여 용접부 전체를 용융시키므로 단속적인 통전을 하는 경우가 많다. 강의 경우에는 (통전시간) : (휴지시간)=1 : 1, 경합금(輕合金)의 경우에는 (통전시간) : (휴지시간)=1 : 3 정도이다. seam 용접의 전류는 점용접의 1.5 ~ 2배 정도이며, 가압력은 1.2~1.6배 정도이다.
전극의 내부 또는 외부를 수냉하여 전극이 과열되는 상태를 피한다.

seam 용접기 ☜

seam 용접의 원리와 조건

seam 용접에는 아래 그림(A)와 같은 simple lap seam 용접, 그림(B)와 같이 판두께의 1/2 정도를 포개고 가압하면 맞대기 용접한 것과 같이 되는 mash seam 용접, 그림(C)와 같이 판의 끝을 맞대고 가압하는 butt seam 용접 등이 있다. 그림(D)에서와 같이 단속기간을 크게하여 nugget의 간격이 벌어질 때의 용접을 roll spot 용접(roll spot welding)이라 한다.

(a)	(b)	(c)

(A) simple lap seam welding

(B) mash seam welding

(C) pipe의 butt seam welding

(D) roll spot welding

(3) projection 용접(projection welding):

금속판의 한쪽 또는 양쪽에 돌기부를 만들고 가압하면서 통전하면 돌기부에 전류가 집중되어 용접온도에 달할 때 가압력을 증가시키면 일시에 다점(多點) 용접을 할 수 있는 용접이다. 두꺼운 판과 얇은 판을 겹쳐 용접할 때에는 두꺼운 판에 돌기(projection)를 가공하고, 동기지의 전극은 편평하다. 돌기 높이는 대체로 판두께의 1/3 정도이며, 용접전류는 1mm 두께의 연강판에 대하여 8000A, 가압력은 250kg, 용접시간은 1/3 sec 정도이다. 이 용접의 특징을 정리하면 다음과 같다.

1. 판재의 두께가 다른 것도 용접할 수 있다(두꺼운 판에 projection을 가공).
2. 열전도율이 다른 금속의 용접이 가능하다(열전도율이 큰 판에 projection을 가공).
3. pitch가 작은 용접이 가능하다.
4. 전류와 가압력이 각 점에 균일하므로 용접의 신뢰도가 높다.
5. 작업속도가 빠르다.

projection 용접기

(a) projection 용접의 원리

(b) projection 용접 전후 ☜

gas 용접

gas 용접은 각종 가연(可燃) gas와 산소의 연소반응열을 용접열원으로 이용하는 용접이며, 용접부에 압력을 가하지 않는 경우와 압력을 가하는 경우가 있는데, 전자를 gas 용접, 후자를 gas 압접이라 한다. gas 용접에서는 가열부 및 용금이 gas에 노출되기 때문에 오염되기 쉽고 가열이 집중적으로 되지 않기 때문에 열영향부가 많아 용접변형이 잘 생긴다. 따라서 이와 같은 것이 허용되지 않는 용접에서는 arc 용접을 하는 것이 좋다.
가연 gas에는 acetylene(C₂H₂), prophane(C₃H₃), buthane(C₄H₁₀), 석탄 gas(CO, H₂, CH₄의 혼합 gas), 천연 gas, 수소(H₂) 등이 있으나, 산소-acetylene gas의 화염 온도가 높고 화염 조절이 용이하며, 모재에 끼치는 악영향이 적기 때문에 gas 용접에 널리 사용된다. 이 장에서도 공업적으로 주로 이용되는 산소-acetylene gas 용접(oxy-acetylene welding)에 대해서 언급하기로 한다.

안전장비 ☜

acetylene gas 용접은 저탄소강, 합금강, 주강 등을 용제없이 용접할 수 있고, stainless 강, 주철 등은 용제를 사용하여 표준화염 및 산소과잉 화염으로 용접한다. Al과 같은 경합금(輕合金)은 acetylene 과잉화염, 동합금은 표준화염 및 산소과잉 화염으로 용접한다.
O₂와 를 (1 : 1)로 혼합하면 그림의 A 부분(torch의 tip 부근)에서 다음의 화학반응을 일으킨다.

다음 단계에서 CO와 H₂가 공기 중의 O₂와 아래 그림의 B 부분에서 반응은

로 되어 내염의 끝부분에서 최대온도(3430℃)에 달하며, 대부분의 경우에 아래 그림과 같이 산소와 acetylene의 혼합비에 따라 화염의 상태가 다르게 나타난다. acetylene의 양이 너무 많아지면 탄화성 화염(炭化性 火焰, 還元性 火焰; carburising flame)이 되고, 산소가 지나치게 많으면 산화성 화염(酸化性 火焰; oxidising flame)이 되며, 산소와 acetylene의 비가 적당하면 중성화염(中性火焰; neutral flame) 또는 표준화염(標準火焰)이 된다.

	산소와 acetylene을 1 : 1로 공급했을 때(표준화염)
	acetylene 과잉화염                중성화염                 산소 과잉화염

[1] gas 용접장치

용접장치는 산소용기와 acetylene gas 용기로부터 ☞ hose를 통해 torch에 도입시키고, ☞ torch에서 적당한 비율로 혼합하여 화구(火口; tip)로 분출되는 혼합 gas에 점화하여 열원을 얻는다. 아래 그림에서와 같이 산소는 산소용기(oxygen bomb)에서 공급받고, acetylene gas는 acetylene 발생기나 용해 acetylene 용기에서 공급받는다. acetylene 발생기를 이용할 때에는 acetylene 청정기(淸淨器)와 안전기(安全器)를 설치하는 것이 좋다.

산소-acetylene 용접장치

(1) acetylene gas 장치:

(1-1) 용해(溶解) acetylene gas 용기:

acetylene gas가 acetone에 용해되는 성질을 이용하여 그림과 같은 용기내의 acetone에 다량의 acetylene gas를 용해시켜 저장하면 gas상태에서 보다 안전하고 운반하기에 편리하다. 사용시 valve를 열어 압력을 강하시키면 기화하여 hose로 도출된다. 용기에는 여러가지 크기가 있으나 두께 4.5mm, 지름 310mm로 내용적이 15 liter, 30 liter, 50 liter 등이 있고, 그 중 30 liter의 것이 많이 사용된다. 용기 내에는 다공성(多孔性)의 규조토, 목탄분말, 석면 등이 들어 있고, 이것에 acetone을 흡수시킨다. 50 liter의 용기에는 21 liter의 acetone이 흡수되어 있고, 15℃와 15기압에서 acetone 1 liter에 acetylene gas 324 liter가 용해될 수 있다. 따라서 이 용기에는 21×324=6804 liter의 acetylene gas가 들어갈 수 있다. acetylene gas 910 liter가 1kg이므로 이 용기 내의 acetylene의 무게는 6804/910=7.477kg이다.
용기에서 일시에 너무 많은 acetylene gas를 방출시키면 증발잠열(蒸發潛熱)에 의하여 온도가 강하하고 압력이 떨어져 gas가 나오지 않는 경우가 있다.
cylinder valve의 재질은 강이며, 사용시에 1/4~1/2 회전시켜 열고 (보다 많이 열어도 관계 없음) 1000 liter/hr의 양 및 1kg/cm²의 압력 이내로 하는 것이 능률적인 면이나 경제적인 면에서 좋다. acetylene gas가 동(銅)과 화학반응을 하므로 용기 valve는 동합금으로 만들지 않고 강철제로 되어 있다.
용해 acetylene gas의 사용상 주의점을 열거하면 다음과 같다.

1. 용기를 바로 세우고 통풍이 잘 되며 직사광선이 들지 않는 곳에 둔다.
2. 이음부는 비눗물로 검사한다.
3. 용기의 안전 valve가 70℃에서 녹으므로 가열되지 않도록 한다.

acetylene gas 용기 및 산소용기 (모든 acetylene용 연결구는 왼나사로 되어 있고, 산소용 연결구는 오른나사로 되어 구별된다.) ☜

acetylene gas 용기 valve

(1-2) acetylene gas 발생기:

앞에서와 같이 용해 acetylene을 사용하는 대신에 다음과 같이 현장에서 acetylene gas를 발생시키면서 용접을 행하는 경우에 대해서 설명코자 한다. acetylene gas 발생기에는 고정식과 이동식이 있으며, 압력에 따라 저압식(水柱 100 ~ 250mm), 중압식(수주 300 ~ 2000mmm), 고압식(수주 2000 ~ 15000mm)이 있다. 발생 구조에 따라 분류하면 투입식(投入式), 주수식(注水式) 및 침지식(浸漬式) 등이 있다.
acetylene gas( )는 calcium carbide(CaC₂)에 물(H₂O)을 작용시켜서 얻으며, 이때의 화학반응은 다음과 같다.

carbide의 품질은 1kg에서 발생하는 acetylene gas의 양에 의하여 다음 표와 같이 규정한다.

투입식 acetylene gas 발생기는 그림(a)에서와 같이 물 속에 carbide를 투입하여 acetylene gas를 발생시키는 것으로서, acetylene gas가 물속을 통과하면서 청정(淸淨)되어 순도가 좋아지고, 반응열에 의한 온도 상승이 없어 좋다. 다량의 acetylene gas를 요할 때 사용되나, acetylene gas의 일부가 물속에 용해되어 손실되며, slag를 제거하는데 불편 하다.
주수식 acetylene gas 발생기는 그림(b)와 같이 carbide에 주수하여 acetylene gas를 발생시키는 것으로서, 주수의 자동조절이 용이하고, slag를 제거하는데 편리하나, 온도가 상승하기 쉽고 투입식에 비하여 acetylene gas의 순도가 떨어진다.
침지식 acetylene gas 발생기는 투입식과 주수식을 절충한 것이라 할 수 있으며, acetylene gas 소비량에 따라 발생량이 자동으로 조절되나 반응열에 의하여 온도가 상승하는 단점이 있으며, 일반적으로 소량의 acetylene gas를 요할 때 사용된다.

acetylene gas 발생기	투입식 acetylene gas 자동발생기

(1-3) acetylene gas 청정기 및 안전기:

acetylene gas 청정기(acetylene gas cleaner)는 acetylene gas 발생기에서 발생된 gas에 인화수소(H₂P), 황화수소(H₂S), ammonia(NH₄) 등 유해한 물질이 들어 있어 화염의 온도를 저하시키고. 용접부에 악영향을 주며 작업능률을 저하시킨다. 이러한 불순물을 제거하기 위한 acetylene gas 청정법에는 수세(水洗)에 의한 방법, 여과(濾過)에 의한 방법, 화학처리법 등이 있으나, 일반적으로 화학처리법이 많이 이용된다. 아래 그림은 화학처리법의 예로서 표와 같은 청정제를 사용하고, 이것으로 인한 압력저하는 25mmHg 이하가 적당하다.

         

안전기(安全器; safety device)는 용접 중 역화(逆火; back fire)현상이 생기거나, torch가 막혀 산소가 acetylene gas쪽으로 역류(逆流; back flow)하여 gas 발생장치에 도달하면 폭발 사고가 일어날 위험이 있으므로 그림과 같이 gas 발생기와 torch 사이에 수봉식 안전기(水封式安全器)를 설치한다. 즉 발생기에서 발생한 acetylene gas가 수중을 통과하여 torch에 도달하고, 고압의 산소가 torch로 부터 acetylene gas 발생기를 향하여 역류(역화)할 때 물이 acetylene gas 발생기로의 진입을 차단하여 위험을 방지한다. 그러나 용해 acetylene을 사용할 때에는 안전기가 없어도 사고의 위험이 없다.

안전기

(2) 산소(酸素; oxygen)제조:(교과서 p.142)

산소제조법에는 공업용으로 물의 전기분해에 의한 방법과 공기 중의 산소를 모으는 방법 등이 있으며, 용접에 사용되는 산소는 공기를 모아 액체공기를 만들고, 다시 분류(分溜)해서 이용하는 것이 대부분이다. 즉 공기를 가압하고 팽창시켜 액체로 만든 다음 산소와 질소의 다른 비점(沸點)을 이용하여 분류한다.
산소의 비점은 ―183℃, 질소의 비점은 ―196℃이므로 액체질소를 먼저 증발시키고, 산소를 압축기에 35℃에서 150기압으로 압축 저장하여 시판하고 있다. ―119℃에서 50기압으로 압축하면 담황색의 액체로 되며, 이 액체산소를 용기에 넣어 다량의 산소를 운반할 수 있다.
산소용기는 경합금(硬合金)으로서 인장강도 57kg/mm², 연신율 18% 이상의 재료로 되어 있으며, 산소의 대기 중에서의 환산체적이 5000, 6000, 7000 liter의 것이 많이 사용된다. 산소용기의 valve는 황동제이며, 구조는 acetylene용과 같다. 용기의 크기와 용적의 관계는 다음 표와 같다.

산소용기 valve

산소용기 내의 산소는 고압이므로 다음과 같은 취급상의 주의를 용한다.

1. 타격 및 충격을 주면 폭발할 염려가 있으므로 옮길 때 주의할 것
2. 누설되어 가연 gas와 혼합되었을 때 인화할 염려가 있으므로 사용하지 않을 때에는 valve를 잠글 것
3. 용기는 40℃ 이하가 되도록 직사 광선 또는 화기있는 곳을 피할 것
4. 겨울에 산소가 분출되지 않으면 더운 물로 가열하고, 화기(火氣)를 사용하지 말 것
5. valve의 개폐는 조용히 할 것
6. 누설검사에는 비눗물을 사용할 것이며, 화기를 사용하지 말 것

(3) 압력 조정기 및 torch:

(3-1) 압력 조정기:

용기 내의 acetylene gas와 산소는 고압이기 때문에 용접할 때에는 필요한 압력으로 감압(減壓)하여야 한다. acetylene gas는 0.1~0.2kg/cm², 산소는 1 ~ 5kg/cm² 정도로 한다. 이때의 감압 valve를 압력 조정기(調整器) 또는 감압 조정기라 한다. 압력 조정기의 구조와 작동원리는 acetylene gas용과 산소용이 같으며, 산소용은 오른나사, acetylene용은 왼나사로 되어 있어 용기에 장착할 때 혼돈을 피하고 있다. 용기에서 고압의 acetylene gas 또는 산소가 그림에서와 같이 고압실로 들어와 고압력계에 용기 내의 압력을 지시하고, 이 때 고압실의 압력과 valve spring의 힘의 균형에 의하여 저압실로 유동하고, 저압실의 공간이 커 팽창하므로 압력이 강하한다. 조정 handle을 돌려 spring을 크게 밀어 valve를 많이 열면 저압실에 보다 많은 고압의 gas가 유입된다.

압력 조정기 ☜

압력 조정기의 원리 ☜

(3-1) torch:

torch는 그림과 같이 손잡이(handle), 혼합실, tip의 3부분으로 되어 있으며, 사용압력에 의하여 저압식(低壓式), 중압식(中壓式), 고압식(高壓式) torch가 있다. 저압식은 acetylene의 압력이 0.07kg/cm²이하에서 사용되며, needle이 있는 것과 없는 것이 있다. 중압식 torch는 acetylene의 압력이 0.07kg/cm²~1.3kg/cm²이며, 산소에 의한 acetylene의 흡인이 없는 등압식과 약간의 흡인이 있는 반등압식이 있다. 이들 중압식 torch는 산소가 역화의 위험이 적기 때문에 두꺼운 판의 용접에 사용된다.
tip의 규격은 번호로 표시하고, 번호의 숫자는 용접 가능한 연강판의 두께를 mm로 표시한다. 예를 들면 10번은 10mm 두께의 연강판의 용접에 적합한 tip이다. 또는 acetylene의 유량(liter/hr)을 번호로 표시하며, 용접 가능한 연강판의 두께(mm)는 tip 번호의 1/100에 해당 한다. 즉 1000번 tip은 10mm 두께의 연강판 용접에 적합하다는 의미이다.
두꺼운 판재를 용접할 때는 많은 열량이 필요하고, 많은 열량을 얻기 위해서는 gas가 많아야 한다. 많은 gas를 유출시키기 위해서는 큰 tip을 사용하는 방법 또는 유속을 크게 하는 방법이 있으나, nozzle 지름이 큰 tip을 사용하면 필요한 양의 gas를 유출하는데 유속을 낮게 취할 수 있어 유속에 의해 용금이 불려 나가는 것을 방지할 수 있다.

needle valve를 갖는 저압식 torch

torch accessories ☜

needle valve를 갖는 저압식 torch의 작동 원리

needle valve를 갖지 않는 저압식 torch

needle valve를 갖지 않는 저압식 torch의 작동 원리
☜

torch 사용상의 주의점을 들면 다음과 같다.

1. tip에 모래 등이 들어가 구멍을 막는 일이 없을 것
2. torch에 불이 붙어 있는 상태에서 산소용기나 acetylene 용기에 가까이 하지 말 것
3. torch에 불이 붙어 있는 상태에서 torch로 작업물을 밀거나 잡아당기고, 두들기지 말 것
4. 사용 중 비정상적인 소리가 나면 torch가 과열된 상태에서 혼합 gas가 torch의 gas 도관에서 연소하고 있는 경우이므로 acetylene valve를 닫고 산소만 다소 분출시키면서 torch를 물에 넣어 냉각시킬 것
5. tip을 교체할 때는 valve를 모두 닫고, 단단히 조일 것.
6. torch에 불을 붙일 때에는 acetylene valve만 열고, 산소 valve를 점진적으로 열어 화염을 조정할 것
7. torch의 불을 끌 때에는 두 valve를 서서히 닫아 화염을 줄인 후 acetylene valve를 닫은 다음 산소 valve를 닫을 것

[2] 용접봉 및 용제

(1) 용접봉(熔接棒; welding rod):

용접봉은 용접부에 공급되어 모재 간극을 메우는 융접재(融接材)로 사용되며, 일반적으로 모재와 거의 같은 성분을 갖고 있으나, 모재의 종류와 성분에 따라 야금학적 견지에서 다음 표와 같은 값을 취하고 있다. 용접봉의 지름은 1 ~ 6mm이고, 길이는 300 ~ 900mm 정도이며, 용접 능률의 관점에서 다음 표의 것을 기준으로 하거나, 모재의 두께가 1mm 이상일 때에는 D(mm): 용접봉의 지름, T(mm): 모재의 두께라 하면 D=T/2 + 1의 값을 취하기도 한다. gas 용접봉의 구비조건을 열거하면 다음과 같다.

가능한 모재와 같은 재질일 것 불순물이 없을 것 모재의 기계적 성질을 해치지 않을 것

(2) 용제(溶劑; flux):

금속이 가열되어 공기 중의 산소와 접촉하면 산화물 등이 생겨 비중이 작은 것은 위에 slag로 부유하나, 비중이 큰 것은 용착금속 내에 들어가 불량 용접의 원인이 된다. 이에 대한 대책으로서 산화물 등의 용융온도를 낮게 하여 slag로 부유시키거나, 용접중 접합면을 공기와 차단하여 산화작용을 못하게 하는 용제를 사용한다.
연강에는 보통 용제를 사용하지 않으나, 때로는 붕산(H₃BO₃)이나 붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O)가 사용되며, 주철에는 NaHCO₃, H₂BO₃, 규산 natrium 등이 사용된다. 동과 동합금에는 H₃BO₃, H₂BO₃, NaF, 규산 natrium 등이 사용된다. Al과 Al 합금에는 KCl 45%, NaCl 30%, LiCl 15%, KF 10% 의 혼합물이 사용된다.

[3] gas 용접 작업

(1) 용접재의 준비:

모재의 재질과 판두께에 따라서 알맞는 torch, 용접봉, 용제를 선정하고, 그림(A)과 같이 홈(groove)과 root 간격을 둔다. 용접하는 중 모재의 비틀림을 막기 위하여 가접(假接)을 한다. 특히 얇고 긴 판을 용접할 때에는 그림(B)(a)와 같이 미리 벌려 놓고 용접을 하는 경우와 그림(B)(b)와 같이 가접을 한다.

판재의 홈 가공, root 간격 및 가접

(2) 전진용접(前進熔接)과 후진용접(後進熔接):

gas 용접에서 torch와 용접봉의 이동 방향에 따라서 전진용접과 후진용접으로 나눈다. 그림(a)에서와 같이 우측(右側)에서 좌측(左側)으로 진행하는 용접을 용접봉이 torch보다 앞서 가기 때문에 전진용접(forward welding) 또는 좌진용접(左進熔接; forehand welding)이라 하고, 그림(b)와 같이 좌측에서 우측으로 진행하는 용접을 후진용접(backward welding) 또는 우진용접(右進熔接; backhand welding)이라 한다.
전진용접에서는 화염(火焰)이 불어 내어 용입(熔入)을 방해하며 모재를 과열시키고, 용금의 산화가 심하나 bead의 표면이 매끈하다. 5mm 이하의 얇은 판의 맞대기 용접이나 비철 및 주철 용접에 이용된다.
후진용접에서는 화염이 용접부를 집중 가열하므로 열이용률이 높고 두꺼운 판재의 용접에 적합하다. 용접봉의 weaving이 없으므로 홈(groove)이 좁아도 되며, 용접봉 및 gas의 소비량이 적고, 용접속도가 크며, 용접부의 변형도 적다. 그러나 bead 표면은 전진용접의 것만큼 매끈하지 못하며 bead가 높다.

전진용접과 후진용접

[4] gas 압접(壓接)

열원을 gas 화염에서 얻는 맞대기 용접으로서 가열 및 가압방식에 따라 밀착식 압접과 개방식 압접이 있다.
밀착식 압접(closed butt welding)은 그림(a)와 같이 접합면을 접촉시켜 적당한 압력으로 밀착시킨 상태에서 torch로 외부로부터 가열하여 접합면이 용융상태에 접근할 때 압력을 가하여 용접을 완료한다. 용접물이 두껍거나 지름이 크면 내부까지 균일하게 가열하는 것이 어렵고, 접합면에 불순물이 개재될 가능성이 있다.
개방식 압접(open butt welding)은 용접면을 벌려 놓고 단면을 torch로 직접 가열하는 방법에 의한 압접으로서, 용융되기 시작할 때 torch를 빼내고 가압하면 용융금속은 밀려 나오고 고상압접이 되며, 균일한 가열이 용이하고 불순물이 용해되어 탈락하므로 미리 청소할 필요가 없고, 큰 단면재의 압접이 가능하다.
이들 gas 압접법은 맞대기 저항용접에 비하여 장치가 간단하며, 전력이 없는 곳에서도 압접이 가능하는 등 저항용접이 곤란한 큰 단면재에 적용할 수 있다.

gas 압접

 

☞ hose

2 편          용         접
산소 hose(녹색 또는 흑색)	acetylene hose(적색)
	twin hose

☞ torch

torch:

torch는 그림과 같이 손잡이(handle), 혼합실, tip의 3부분으로 되어 있으며, 사용압력에 의하여 저압식(低壓式), 중압식(中壓式), 고압식(高壓式) torch가 있다. 저압식은 acetylene의 압력이 0.07kg/cm²이하에서 사용되며, needle이 있는 것과 없는 것이 있다. 중압식 torch는 acetylene의 압력이 0.07kg/cm²~1.3kg/cm²이며, 산소에 의한 acetylene의 흡인이 없는 등압식과 약간의 흡인이 있는 반등압식이 있다. 이들 중압식 torch는 산소가 역화의 위험이 적기 때문에 두꺼운 판의 용접에 사용된다.
tip의 규격은 번호로 표시하고, 번호의 숫자는 용접 가능한 연강판의 두께를 mm로 표시한다. 예를 들면 10번은 10mm 두께의 연강판의 용접에 적합한 tip이다. 또는 acetylene의 유량(liter/hr)을 번호로 표시하며, 용접 가능한 연강판의 두께(mm)는 tip 번호의 1/100에 해당 한다. 즉 1000번 tip은 10mm 두께의 연강판 용접에 적합하다는 의미이다.
두꺼운 판재를 용접할 때는 많은 열량이 필요하고, 많은 열량을 얻기 위해서는 gas가 많아야 한다. 많은 gas를 유출시키기 위해서는 큰 tip을 사용하는 방법 또는 유속을 크게 하는 방법이 있으나, nozzle 지름이 큰 tip을 사용하면 필요한 양의 gas를 유출하는데 유속을 낮게 취할 수 있어 유속에 의해 용금이 불려 나가는 것을 방지할 수 있다.

needle valve를 갖는 저압식 torch

torch accessories ☜

needle valve를 갖는 저압식 torch의 작동 원리

needle valve를 갖지 않는 저압식 torch

needle valve를 갖지 않는 저압식 torch의 작동 원리
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torch 사용상의 주의점을 들면 다음과 같다.

1. tip에 모래 등이 들어가 구멍을 막는 일이 없을 것
2. torch에 불이 붙어 있는 상태에서 산소용기나 acetylene 용기에 가까이 하지 말 것
3. torch에 불이 붙어 있는 상태에서 torch로 작업물을 밀거나 잡아당기고, 두들기지 말 것
4. 사용 중 비정상적인 소리가 나면 torch가 과열된 상태에서 혼합 gas가 torch의 gas 도관에서 연소하고 있는 경우이므로 acetylene valve를 닫고 산소만 다소 분출시키면서 torch를 물에 넣어 냉각시킬 것
5. tip을 교체할 때는 valve를 모두 닫고, 단단히 조일 것.
6. torch에 불을 붙일 때에는 acetylene valve만 열고, 산소 valve를 점진적으로 열어 화염을 조정할 것
7. torch의 불을 끌 때에는 두 valve를 서서히 닫아 화염을 줄인 후 acetylene valve를 닫은 다음 산소 valve를 닫을 것